LSdyna 常见问题汇总20.docx
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LSdyna常见问题汇总20
LS-DYNA常见问题汇总2.0
资料整理:
yuminhust2005
职务:
A2:
LS-DYNA版主
资料来源:
网络和自己的总结
更新时间:
2008-10-12
目录
1.LS-DYNA简介1
2.单位制度5
3.质量缩放6
4.长分析时间7
5.准静态8
6.计算不稳定9
7.负体积10
8.能量平衡11
9.沙漏控制13
10.阻尼14
11.ASCIIoutputforMPPviabinout15
12.接触概述16
13.ContactSoft1接触Soft=117
14.LS-DYNA中的接触界面模拟18
15.LS-DYNA中夹层板(sandwich)的模拟25
16.怎样进行二次开发26
17.如何实现程序的连续计算27
18.如何得知LS-DYNA为一套完整的软件?
28
19.LS-DYNA与市面上其它的前处理软件兼容性如何?
28
20.LS-DYNA似乎很重视「ContactAlgorithm」,这是为什幺?
28
21.如果要利用LS-DYNA进行MPP(平行运算)的计算,硬件配备及操作系统有无特殊需求?
28
22.FEMB能够自动产生有限元素网格吗?
28
23.实际的产品CAD图文件,有许多复杂的几何造型,这些feature是否都该纳入分析考量?
28
24.LS-DYNA是否只能进行壳元素的分析?
29
25.在LS-DYNA里该如何强制刚体运动?
29
26.在LS-POST如何显示应变分布图?
29
27.强制结构体绕着特定轴旋转的时候,为何会出现奇怪的变形?
29
28.LS-DYNA该如何进行振动模态的分析设定?
30
29.究竟采用Implicit及Explicit的分析方式会有多大的差异性?
30
30.要如何设定才能让LS-DYNA自动进行Implicit/Explicit的切换?
30
31.LS-DYNA是唯一能够将Implicit与Explicitcode整合在一起的软件,这对实际的分析工作有何帮助?
30
32.请问以Explicit方式进行分析,影响运算时间的因素有哪些?
30
33.势流科技您好,请问弹簧/阻尼系统该采用什幺元素来仿真比较恰当?
31
34.请问安装LS-DYNA(MPP)版本时,操作系统需有哪些额外的设定?
31
35.在Linux系统下如何指定MPP的computingnode?
31
36.请问在执行MPP运算时,有没有类似PC版本Ctrl+C的功能以进行不同的switch?
31
37.如果我想要了解特定截面的力量分布情形,该设定哪些项目呢?
32
38.请问LS-DYNA在进行Implicit分析时,有没有什幺该注意的地方?
32
39.请教一下,LS-DYNA有没有什幺功能可以让上/下表面的网格移到中性平面来?
32
40.请问我该如何在后处理程序LS-Pre/Post里头看到壳元素的厚度?
32
41.请问在LS-Pre/Post里面该如何操作才能看到各相材料的变形及相关的力学资料?
32
42.请问LS-Pre/Post有没有办法改变SPH颗粒的大小?
33
43.请问LS-DYNA有没有办法仿真出「破裂」或「碎裂」的状况?
33
44.请问究竟是采用Automaticcontact好还是一一指定接触界面的方式比较好?
33
45.在完成前处理的设定后,如何知道每一个part的重量?
33
46.请问如果我自己有写程序产生出曲线资料,或是已将datapoint存成Excel档案,能不能直接读入FEMB?
33
47.请问贵公司所代理的LS-DYNA软件,其采用的单位制为何?
33
48.请问在loadcurve的输入方式除了一点一点慢慢key-in之外,有没有其它更快的方式?
33
49.如何处理LS-DYNA中的退化单元?
35
50.LS-DYNA中对于单元过度翘曲的情况有何处理方法35
51.在ANSYS计算过程中结果文件大于8GB时计算自动中断,如何解决这个问题?
35
52.关于梁、壳单元应力结果输出的说明35
53.LS-DYNA求解有时为什么有负的滑动能36
54.在DYNA中如何考虑材料失效36
55.在LS-DYNA中能否施加跟随力和跟随力矩?
36
56.如果在工程上遇到壳的厚度是坐标位置的函数时,这样的壳单元模型如何建立?
36
57.不同自由度的单元在merge时,ANSYS如何处理自由度的不匹配问题37
58.如何方便地建立压力容器的有限元模型?
37
59.ANSYS是否具有混合分网的功能?
38
60.在ANSYS中怎样给面施加一个非零的法向位移约束?
38
61.如何得到径向和周向的计算结果?
38
62.如何正确理解ANSYS的节点坐标系38
63.如何考虑结构分析中的重力39
64.对于具有高度不规则横截面的3D模型什么是最佳网格划分方法?
39
65.在交互方式下如何施加任意矢量方向的表面载荷?
40
66.LS-DYNA96版后在爆炸及流固耦合方面的功能增强40
67.ANSYS坐标系总结40
68.显式隐式分析转换的注意事项41
69.利用LS-DYNA进行接触分析应该注意的一些问题42
70.LS-DYNA求解中途退出的解决方案42
71.液面晃动43
72.复杂几何模型的系列网格划分技术52
73.LS-DYNA典型的射流模拟过程54
1.LS-DYNA简介
LS-DYNA是世界上最著名的通用显式动力分析程序,能够模拟真实世界的各种复杂问题,特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题,同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。
与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。
由J.O.Hallquist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导,是目前所有显式求解程序(包括显式板成型程序)的基础代码。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司,推出LS-DYNA程序系列,并于1997年将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包,称为LS-DYNA。
PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB,新开发的后处理为LS-POST。
LS-DYNA的最新版本是2001年5月推出的960版。
(先前的说法,现在最新为971版)
LS-DYNA功能特点
LS-DYNA程序960版是功能齐全的几何非线性(大位移、大转动和大应变)、材料非线性(140多种材料动态模型)和接触非线性(50多种)程序。
它以Lagrange算法为主,兼有ALE和Euler算法;以显式求解为主,兼有隐式求解功能;以结构分析为主,兼有热分析、流体-结构耦合功能;以非线性动力分析为主,兼有静力分析功能(如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算);军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
1.分析能力:
非线性动力学分析
多刚体动力学分析
准静态分析(钣金成型等)
热分析
结构-热耦合分析
流体分析:
欧拉方式
任意拉格郎日-欧拉(ALE)
流体-结构相互作用
不可压缩流体CFD分析
有限元-多刚体动力学耦合分析(MADYMO,CAL3D)
水下冲击
失效分析
裂纹扩展分析
实时声场分析
设计优化
隐式回弹
多物理场耦合分析
自适应网格重划
并行处理(SMP和MPP)
2.材料模式库(140多种)
金属
塑料
玻璃
泡沫
编制品
橡胶(人造橡胶)
蜂窝材料
复合材料
混凝土和土壤
炸药
推进剂
粘性流体
用户自定义材料
3.单元库
体单元
薄/厚壳单元
梁单元
焊接单元
离散单元
束和索单元
安全带单元
节点质量单元
SPH单元
4.接触方式(50多种)
柔体对柔体接触
柔体对刚体接触
刚体对刚体接触
边-边接触
侵蚀接触
充气模型
约束面
刚墙面
拉延筋
5.汽车行业的专门功能
安全带
滑环
预紧器
牵引器
传感器
加速计
气囊
混合III型假人模型
6.初始条件、载荷和约束功能
初始速度、初应力、初应变、初始动量(模拟脉冲载荷);
高能炸药起爆;
节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷;
循环约束、对称约束(带失效)、无反射边界;
给定节点运动(速度、加速度或位移)、节点约束;
铆接、焊接(点焊、对焊、角焊);
二个刚性体之间的连接-球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接;
位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连;
带失效的节点固连。
7.自适应网格剖分功能
自动剖分网格技术通常用于薄板冲压变形模拟、薄壁结构受压屈曲、三维锻压问题等大变形情况,使弯曲变形严重的区域皱纹更加清晰准确。
对于三维锻压问题,LS-DYNA主要有两种方法:
自适应网格剖分和任意拉格朗日-欧拉网格(ALE)网格进行Rezoning),三维自适应网格剖分采用的是四面体单元。
8.ALE和Euler列式
ALE列式和Euler列式可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难,并实现流体-固体耦合的动态分析。
在LS-DYNA程序中ALE和Euler列式有以下功能:
·多物质的Euler单元,可达20种材料;
·若干种Smoothing算法选项;
·一阶和二阶精度的输运算法;
·空白材料;
·Euler边界条件:
滑动或附着条件;
·声学压力算法;
·与Lagrange列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合。
9.SPH算法
SPH(SmoothedParticleHydrodynamics)光顺质点流体动力算法是一种无网格Lagrange算法,最早用于模拟天体物理问题,后来发现解决其它物理问题也是非常有用的工具,如连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等。
SPH算法可以解决许多常用算法解决不了的问题,是一种非常简单方便的解决动力学问题的研究方法。
由于它是无网格的,它可以用于研究很大的不规则结构。
SPH算法适用于超高速碰撞、靶板贯穿等过程的计算模拟,下图是泰勒杆冲击试验模拟。
10.边界元法
LS-DYNA程序采用边界元法BEM(BoundaryElementMethod)求解流体绕刚体或变形体的稳态或瞬态流动,该算法限于非粘性和不可压缩的附着流动。
11.隐式求解
用于非线性结构静动力分析,包括结构固有频率和振型计算。
LS-DYNA中可以交替使用隐式求解和显式求解,进行薄板冲压成型的回弹计算、结构动力分析之前施加预应力等。
12.热分析
LS-DYNA程序有二维和三维热分析模块,可以独立运算,也可以与结构分析耦合,可进行稳态热分析,也可进行瞬态热分析,用于非线性热传导、静电场分析和渗流计算。
热传导单元:
8节点六面体单元(3D),4节点四边形单元(2D);
材料类型:
各向同性、正交异性热传导材料,可以与温度相关,以及各向同性热传导材料的相变;
边界条件:
给定热流flux边界,对流convection边界,辐射radiation边界,以及给定温度边界,它们可随时间变化;给定初始温度,可计算二个物体接触界面的热传导和热辐射,给定材料内部热生成(给定热源);
热分析采用隐式求解方法,过程控制有:
稳态分析还是瞬态分析;
线性问题还是非线性问题;
时间积分法:
Crank-Nicholson法(a=0.5)和向后差分法(a=1);
求解器:
直接法或迭代法;
自动时步长控制。
13.不可压缩流场分析
LS-DYNA不可压缩流求解器是960版新增加的功能,用于模拟分析瞬态、不可压、粘性流体动力学现象。
求解器中采用了超级计算机的算法结构,在确保有限元算法优点的同时计算性能得到大幅度提高,从而在广泛的流体力学领域具有很强的适用性。
14.多功能控制选项
多种控制选项和用户子程序使得用户在定义和分析问题时有很大的灵活性。
输入文件可分成多个子文件;
用户自定义子程序;
二维问题可以人工控制交互式或自动重分网格(REZONE);
重启动;
数据库输出控制;
交互式实时图形显示;
开关控制-可监视计算过程的状态;
对32位计算机可进行双精度分析。
15.前后处理功能
LS-DYNA利用ANSYS、LS-INGRID、ETA/FEMB及LS-POST强大的前后处理模块,具有多种自动网格划分选择,并可与大多数的CAD/CAE软件集成并有接口。
后处理:
结果的彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、等值面、粒子流迹显示、立体切片、透明及半透明显示;变形显示及各种动画显示;图形的PS、TIFF及HPGL格式输出与转换等。
16.支持的硬件平台
LS-DYNA960版的SMP版本和MPP版本是同时发行的。
MPP版本使一项任务可同时在多台分布计算机上进行计算,从而最大限度地利用已有计算设备,大幅度减少计算时间。
计算效率随计算机数目增多而显著提高。
LS-DYNA960版的SMP版本和MPP版本可以在PC机(NT、LINUX环境)、UNIX工作站、超级计算机上运行。
LS-DYNA应用领域
汽车工业:
碰撞分析
气囊设计
乘客被动安全
部件加工
航空航天“
鸟撞;
叶片包容;
飞机结构冲击动力分析;
碰撞,坠毁;
冲击爆炸及动态载荷;
火箭级间分离模拟分析;
宇宙垃圾碰撞;
特种复合材料设计:
制造业
冲压
锻造
铸造
切割,等
建筑业:
地震安全
混凝土结构
爆破拆除
公路桥梁设计
国防:
内弹道和终点弹道;
装甲和反装甲系统;
穿甲弹与破甲弹设计;
战斗部结构设计;
冲击波传播;
侵彻与开坑;
空气,水与土壤中爆炸;
核废料容器设计,等
电子领域:
跌落分析
包装设计
热分析
电子封装
石油工业
液体晃动;
完井射孔;
管道设计;
爆炸切割;
事故模拟;
海上平台设计
其它应用
玻璃成型
生物医学
体育器材(高尔夫杆,高尔夫球,棒球杆,头盔)
实例图片:
2.单位制度
相信做仿真分析的人第一个需要明确的就是一致单位系统(ConsistentUnits)。
计算机只认识0&1、只懂得玩数字,它才不管你用的数字的物理意义。
而工程师自己负责单位制的统一,否则计算出来的结果没有意义,不幸的是大多数老师在教有限元数值计算时似乎没有提到这一点。
见下面LS-DYNAFAQ中的定义:
1力单位=1质量单位×1加速度单位
1加速度单位=1长度单位/1时间单位的平方
下表提供了一些单位换算关系:
MASS
LENGTH
TIME
FORCE
STRESS
ENERGY
DENSITY
YOUNG’s
Velocity(56.3KMPH)
GRAVITY
kg
m
s
N
Pa
Joule
7.83E+03
2.07E+11
15.65
9.806
kg
cm
s
1.e-02N
7.83E-03
2.07E+09
1.56E+03
9.81E+02
kg
cm
ms
1.e+04N
7.83E-03
2.07E+03
1.56
9.81E-04
kg
cm
us
1.e+10N
7.83E-03
2.07E-03
1.56E-03
9.81E-10
kg
mm
ms
KN
GPa
KN-mm
7.83E-06
2.07E+02
15.65
9.81E-03
gm
cm
s
dyne
dy/cm2
erg
7.83E+00
2.07E+12
1.56E+03
9.81E+02
gm
cm
us
1.e+07N
Mbar
1.e7Ncm
7.83E+00
2.07E+00
1.56E-03
9.81E-10
gm
mm
s
1.e-06N
Pa
7.83E-03
2.07E+11
1.56E+04
9.81E+03
gm
mm
ms
N
MPa
N-mm
7.83E-03
2.07E+05
15.65
9.81E-03
ton
mm
s
N
MPa
N-mm
7.83E-09
2.07E+05
1.56E+04
9.81E+03
lbfs2/in
in
s
lbf
psi
lbf-in
7.33E-04
3.00E+07
6.16E+02
386
slug
ft
s
lbf
psf
lbf-ft
15.2
4.32E+09
51.33
32.17
kgfs2/mm
mm
s
kgf
kgf/mm2
kgf-mm
8.02E-10
7.00E+02
1.56E+04
(Japan)
kg
mm
s
mN
1000Pa
7.83E-06
2.07E+08
9.81E+02
gm
cm
ms
100000Pa
7.83E+00
2.07E+06
3.质量缩放
质量缩放指的是通过增加非物理的质量到结构上从而获得大的显式时间步的技术。
在一个动态分析中,任何时候增加非物理的质量来增大时间步将会影响计算结果(因为F=ma)。
有时候这种影响不明显,在这种情况下增加非物理的质量是无可非议的。
比如额外的质量只增加到不是关键区域的很少的小单元上或者准静态的分析(速度很小,动能相对峰值内能非常小)。
总的来说,是由分析者来判断质量缩放的影响。
你可能有必要做另一个减小或消除了质量缩放的分析来估计质量增加对结果的灵敏度。
你可以通过人工有选择的增加一个部件的材料密度来实现质量缩放。
这种手动质量缩放的方法是独立于通过设置*Control_timestep卡DT2MS项来实现的自动质量缩放。
当DT2MS设置为一个负值时,质量只是增加到时间步小于TSSFAC*|DT2MS|的单元上。
通过增加这些单元的质量,它们的时间达到TSSFAC*|DT2MS|。
有无数种TSSFAC和DT2MS的组合可以得到同样的乘积,因而有相同的时间步,但是对于每一种组合增加的质量将是不一样的。
一般的趋势是TSSFAC越小,增加的质量越多。
作为回报,当TSSFAC减小时计算稳定性增加(就像在没有做质量缩放的求解中一样)。
如果TSSFAC缺省的值0.9会导致稳定性问题,可以试试0.8或者0.7。
如果你减小TSSFAC,你可以相应增加|DT2MS|,这样还是可以保证时间步乘积不变。
为了确定什么时候和位置质量自动增加了,可以输出GLSTAT和MATSUM文件。
这些文件允许你绘出完整的模型或者单独部件所增加的质量对时间的曲线。
为了得到由壳单元组成的部件增加的质量云图,将*database_extent_binary卡的STSSZ项设置为3。
这样你可以用ls-prepost绘出每个单元的质量增加量的云图,具体方法是通过选择Fcomp>Misc>timestepsize。
在*control_timestep中设置DT2MS正值和负值的不同之处如下:
负值:
初始时间步将不会小于TSSFAC*-DT2MS。
质量只是增加到时间步小于TSSFAC*|DT2MS|的单元上。
当质量缩放可接受时,推荐用这种方法。
用这种方法时质量增量是有限的。
过多的增加质量会导致计算任务终止。
正值:
初始时间将不会小于DT2MS。
单元质量会增加或者减小以保证每一个单元的时间步都一样。
这种方法尽管不会因为过多增加质量而导致计算终止,但更难以作出合理的解释。
*control_timestep卡中的参数MS1ST控制是否只是在初始化时增加一次质量(MS1ST=1)还是任何需要维持由DT2MS所指定的时间步时都增加质量(MS1ST=0)。
你可以通过在*control_termination卡片中设置参数ENDMAS来控制当质量增加到初始质量一定比率时终止计算(只对自动质量缩放有效)可变形点焊梁的质量缩放。
*mat_spotweld卡的质量缩放参数DT只影响点焊单元。
如果*control_timestep卡中没有指定质量缩放(DT2MS=0),而且时间由可变形点焊控制,可以用参数DT来在初始化时增加惯量到点焊单元上来提高时间步达到DT指定的值。
当DT不为0时,增加到可变形点焊梁元上的质量会输出到d3hsp文件里。
MATSUM中动量和动能不受增加到可变形点焊上的质量的影响。
GSLTAT中DOES和总的KE受增加的质量的影响。
考虑三种调用可变形点焊的质量缩放的情况:
1.当DT2MS为负值*mat_spotweld卡DT=0时,尽管在d3hsp文件中可变形点焊质量增量百分比不真实。
下面几个值是正确的:
d3hsp中”addedspotweldmass”;第一个时间步之后的”addedmass”&“percentageincrease”;glstat和matsum中的”addedmass”。
2.当DT2MS为负值且*mat_spotweld卡DT≠0时,可变形点焊质量增加不会包含在d3hsp、glstat、matsum文件中的”addedmass”里。
这非常容易令人误解。
用户必须检查d3hsp文件的”addedspotweldmass”。
建议不要同时使用两种质量缩放标准,推荐使用第一种方法(即负的DT2MS&DT=0)。
3.如果DT2MS=0且DT≠0,初始时间步将不考虑增加点焊的质量,但是之后每一个周期时间步都会增加10%,直到时间步达到正确的值(考虑点焊质量增加)。
glstat&matsum不包含”addedmass”的行。
注意质量增加会引起能量比率增长。
4.长分析时间
当用显式时间积分时,对于仿真非常小的部件而分析时间又要相当长时没有好的方法。
质量缩放(mass-scaling)增加了需要确认非物理质量的增加不会显著影响计算结果的负担。
当使用时间缩放(time-scaling)时也有同样的问题。
时间缩放(time-scaling)是指为了减小需要的时间步数,通过增加加载速率而缩短仿真时间。
要确认时间步不是仅由很少的小单元或者刚度大单元控制,可以通过在d3hsp文件中搜索”smallest”来显示100个最小的时间步单元。
如果只有很少的几个单元控制时间步,可以把那些单元及邻近区域重新remesh或者把它们变成刚体。
可是仅运行必要长的时间是很明显的。
这意味着在一个跌落分析的情况时,给跌落物体一个初速度,把它放在离地面一个非常小的距离。
冲击之后,仅运行足够得到需要的结果的时间。
值得注意的是对于一个长时间的仿真,如果时间步数超过了50万步,最好使用双精度版本的LS-DYNA求解器,使截断误差的影响最小化。
运行双精度版本要增加30%的时间。
对于长时间的分析,自动显式/
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